Lab. N° 4 - Med. Eléctricas I - Medición de la Inductancia

7/28/2019 Lab. N 4 - Med. Elctricas I - Medicin de la Inductancia

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LABORATORIO DE

MEDIDAS

ELCTRICAS I

INFORME FINAL

EXPERIENCIA N4

DETERMINACIN DEL

NGULO DE PRDIDAS Y ELFACTOR DE PRDIDAS DE UNCONDENSADOR

INTEGRANTES:

RAMREZ SAAVEDRA, CHRISTIAM P.

PALOMINO SNCHEZ, HELTONSALDAA TUESTA, JHON ERICK


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2IF: Determinacin del ngulo de prdidas y el Factor de prdidas

DETERMINACIN DEL NGULO DE PRDIDAS Y EL

FACTOR DE PRDIDAS

INFORME FINAL

OBJETIVO:

El presente laboratorio tiene por objetivo determinar en forma experimental el

ngulo y el factor de prdidas de un condensador, para lo cual se emplear una resistenciasimuladora de prdidas.

FUNDAMENTO TERICO

CONDENSADORES: Un condensador consiste bsicamente de dos conductores separados

por un dielctrico o por vaco para almacenar energa en forma de campo electrosttico. Lacapacitancia se define como la tasa entre la carga elctrica almacenada y el voltaje

aplicado:

V

QC

siendo la unidad para la capacitancia los Faradios (F). La energa electrosttica en Watts-seg Joules, almacenada en el condensador est dada por:

2

21 CVJ

Dependiendo de la aplicacin, el dielctrico del capacitor puede ser aire, gas, papel

impregnado, pelcula orgnica, etc, teniendo cada uno su propia constante dielctrica y

temperatura.

Factor de potencia: El trmino factor de potencia, en este caso, define las prdidas

elctricas en el condensador que opera bajo un voltaje A.C. En un dispositivo ideal lacorriente debe adelantar al voltaje aplicado en 90. Un condensador real, debido a lasprdidas en el dielctrico, electrodo y contactos terminales, tiene un ngulo de fase menor a

90. El factor de potencia est definido como la razn entre la resistencia en serie efectiva y

la impedancia del condensador.


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DETERMINACION DEL NGULO DE PRDIDAS Y DEL FACTOR DEPRDIDAS

La calidad del condensador depende de la calidad del material aislante utilizado comodielctrico en la fabricacin del condensador. Este factor de calidad del condensador se

determina midiendo el ngulo de prdidas. El ngulo de prdidas es =90 - , donde es el ngulo de desfasaje entre la intensidad de la corriente y la tensin aplicada al

condensador. En uno ideal (sin prdidas) el ngulo de desfasaje es igual a 90. De esto sededuce que para determinar con exactitud el ngulo de desfasaje se procede a medir la

potencia real disipada en el condensador (P) y la potencia aparente (VI):

IV

PIVP coscos

Considerando el siguiente esquema equivalente del condensador (se est representandocomo un condensador ideal en paralelo con una resistencia equivalente):

se deduce:

cot

costan

senI

I

I

I

C

R

Es muy pequeo el valor del ngulo de prdidas y dificulta su determinacin por un

mtodo tcnico. En los condensadores de precisin (patrones de laboratorio), tan es del

orden de 10-4 a 10-3 . En los condensadores industriales tan oscila entre valores

comprendidos a 10-3

y 10-1

, y el ngulo puede llegar a menos grados.

En la industria se determina el factor de calidad del condensador (tan) utilizando uno delos dos mtodos que a continuacin enumeran:

1.- Mtodo del vatmetro

IR

Ic

IcIR


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2.- Mtodo de las tres tensiones

El primer mtodo, osea el del vatmetro, requiere la utilizacin de un vatmetro de bajos

cos (0,1) y siendo ste un instrumento de alto costo, especialmente de las clases superioresa 0,5 no es muy usual.

El segundo mtodo, osea el de tres tensiones, es ms accesible. Para determinar el ngulode prdidas mediante un vatmetro, se utiliza el esquema de la siguiente figura adjuntada,conectando en lugar de la impedancia sealada Z, R, X, el condensador a ensayar Cx.

El vatmetro seala la potencia Pc disipada y del producto de las lecturas del ampermetro y

del voltmetro se obtiene el valor de la potencia aparente. A base de los valores obtenidos

de la medicin, se calcula el factor de potencia cos, el cual en un condensador es de muybajo valor.

IV

Pc

IVPc

coscos

Del diagrama fasorial de la figura 3-b se deduce:

IsenIcI cos

cosIIsenIR

El factor de prdidas del condensador Cx ser:

cot

cos

tan

senI

I

C

R


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EQUIPO A UTILIZAR

a)Un autotransformador variable (0 - 230)V, 6A.b) Un voltmetro de CA V= (0 - 300) voltios.c) Un ampermetro de CA. A = (0 - 0.6 - 3) A.d) Un vatmetro W 22OV, 5 A.e) Una resistencia variable (O -69O) Ohms, O.59 A.f) Una resistencia fija (O - 3OO) Ohms.g) Un multmetroh) Un condensador de 12uF.

PRUEBAS A EJECUTAR

Medicin de la capacidad. Medicin de la Tg y el ngulo de prdidas del condensador.

PROCEDIMIENTO

1. Armar el circuito de la figura A.

1. Colocar R1 al mximo valor (R1=342).2. Regular la salida del autotransformador desde cero hasta 22OV, tomando como

mnimo un juego de 15 valores de V, A, W, VR1 y VC.

220V

60 HZ


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NTensin

(V)Corriente

(A)Potencia

(W)

Tensin enResistencia

(VR1)

Tensin en elcondensador

(VC)

()

1 54 0.07 6 45.27 38.63 1.171 49.5

2 98 0.24 21 84.1 71.7 1.172 49.54

3 178 0.44 61 151 129 1.1705 49.4924 193 0.48 70 166.7 142.2 1.17229 49.532

2. Armar el circuito de la figura 2B

1.- La resistencia R2 (R2= 302 Ohms) ponerla al mximo valor.

2.- Regular la salida del autotransformador variando la tensin desde cero hasta 22OV,

tomando como mnimo un juego de 15 valores de A, V, W, VR2 y VC.

NTensin

(V)Corriente

(A)Potencia

(W)

Corriente enla Resistencia

(IR2)

Corriente en elcondensador

(IC)

()

1 55.4 0.19 12 0.08 0.1 0.8 38.65

2 110 0.56 43 0.36 0.48 0.75 36.86

3 200.4 1.02 133 0.66 0.88 0.75 36.86

4 220.9 1.13 160 0.72 0.98 0.734 36.30

CUESTIONARIO

1. Cul es la influencia de R1 en la determinacin del ngulo de prdidas y elfactor de prdidas del condensador utilizado?

Repasemos como calculamos el ngulo de prdidas y el factor de prdidas de un

condensador:

220V

60 HZ


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El factor de prdidas viene expresado por:

Siendo:

Donde es la amplitud de la tensin alterna aplicada a los bornes del condensador.

Y como:

En nuestro diagrama, tenemos una conexin serie:

Luego:

Y teniendo en cuenta que el valor de la reactancia debe ser muy pequea comparada con lareactancia de la capacidad, podemos expresar:

Luego sustituyendo en el factor de prdidas, tenemos:

()

Tambin, el ngulo de prdidas sera:


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Luego concluimos que R1 debe de ser pequeo para reducir el factor de prdidas y elngulo de prdidas.

2. Explique otros mtodos para la determinacin del ngulo de prdidas yFactor de prdidas de un condensador?

Conformando circuitalmente elementos resistivos a un Condensador en prueba y

aplicando dos conocidos mtodos (del vatmetro y de los 3voltmetros/ampermetros) para la obtencin de los ndices de prdidas del

mencionado elemento y seguidamente estimar los rangos aceptables de los valores

del ngulo y/o factor de prdidas segn normalizacin establecida

3. Cul es la influencia de R2 en la determinacin del ngulo de prdidas y elfactor de prdidas del condensador utilizado?

Para este caso tendremos que analizar nuestro diagrama de conexin en paralelo

Aqu:

Con lo que:

O en valores eficaces:


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Y como:

Obtenemos:

Mientras que:

Con lo que por el contrario a lo que ocurra en conexin en serie, esta vez R2 deber

ser grande para reducir el factor y ngulo de prdidas de potencia.

4. El factor de prdidas y el ngulo de prdidas de un condensador esdependiente de la frecuencia. Demuestre.

Al considerar la conexin serie se determina el ngulo , denominado ngulos deperdidas, segn el tringulo de intensidades tal como se muestra en la figura 2(b),

donde:

0

0

'2'

)('

CfR

CI

IRtg

V

V

C

R

Al considerar la conexin en paralelo del condensador ideal C0 con la resistenciaequivalente R, se obtiene el ngulo segn el tringulo de intensidades tal como

se muestra en la figura 3(b), donde:

00 ''2

1'')(CfRVC

RV

tgI

I

C

R

El ngulo se denomina ngulo de prdidas y Tg() es el factor de prdidas. Por lo

tanto y por lo general, el ngulo de perdidas es muy pequeo y en este caso se puede

admitir que = Tg().


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5. Cul es la importancia del ngulo de prdidas y el factor de prdidas delcondensador?

Como habremos podido notar, el factor y el ngulo de prdidas se relacionan

directamente. Ahora, pero dnde radica su importancia.

Dado que no existe un condensador ideal, siempre habr una corriente de fuga;

donde su valor depender de las condiciones del aislante del conductor. Y por efecto

Joule, esta corriente generar calor y por ende prdidas en el conductor. De esta

parte, tendremos que tanto el ngulo, como el factor de prdidas dependern de la

temperatura del material y en un caso particular para el ngulo de prdidas; tambin

de la frecuencia.

CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES:

Vimos que no existe un condensador ideal, siempre habr una corriente de fuga;donde su valor depender de las condiciones del aislante del conductor. Y por efecto

Joule, esta corriente generar calor y por ende prdidas en el conductor.

Tambin obtuvimos que tanto el ngulo, como el factor de prdidas dependen de latemperatura del material y en un caso particular para el ngulo de prdidas; tambin

de la frecuencia. Vimos que para el caso de conexin en serie RC; R debe ser pequeo para reducir el factor

y el ngulo de prdidas. Mientras que para el caso de conexin en para lelo RC, R debe ser grande para la reduccindel factor y el ngulo de prdidas.

Notamos que para nuestros clculos, la precisin de los equipos no ayudaba bastante, sobretodo el ampermetro, por lo que nos apoyamos en una doble medicin.

REFERENCIAS

http://www.uco.es/investiga/grupos/giie/cirweb/teoria/tema_02/tema_02_18.pdf http://www.lcardaba.com/articles/cond/cond.htm#perdidas
http://www.uco.es/investiga/grupos/giie/cirweb/teoria/tema_02/tema_02_18.pdfhttp://www.uco.es/investiga/grupos/giie/cirweb/teoria/tema_02/tema_02_18.pdfhttp://www.lcardaba.com/articles/cond/cond.htm#perdidashttp://www.lcardaba.com/articles/cond/cond.htm#perdidashttp://www.lcardaba.com/articles/cond/cond.htm#perdidashttp://www.uco.es/investiga/grupos/giie/cirweb/teoria/tema_02/tema_02_18.pdf

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